被动rfid传感器标签的制作方法_3

文档序号:9631837阅读:来源:国知局
5A (其可以从基本组件裸片37上省略,以节约不需要额外能量的传感器标签的尺寸和价格)。
[0074]RFID规范通常需要RFID标签必须支持RFID系统的全部调制频率范围,例如,IS018000-6C标准定义了 40-640kHz的调制频率范围。换言之,RFID标签必须响应在该定义的频率范围内的任何调制频率的读取器信号。然而,对于振荡器23,既支持如此宽的频率范围又利用感测元件通过改变背向散射信号的振荡频率来提供精确的感测数据发送,这是有挑战性的。具有谐振器31和负载的感测元件32的振荡器23可以被优化,以在特定的谐振频率或振荡频率范围内在窄的频率范围内工作,例如256kHz±10%,即226-281kHz。因此,对于标签10的振荡器23具有相互抵触的需求。
[0075]根据本发明的一方面,被动无线传感器标签还可包括优选地被制造在裸片37上的参照振荡器(例如参照振荡器23ref)或参照负载(例如谐振器31-ref或者参照传感器32-ref)。振荡器23可以选择性地逐一地可连接到参照负载31-ref/32-ref和谐振器或者谐振器31,或者传感器(或多个传感器)32。参照负载31-ref/32-ref可以被实施和构造为使得振荡器23与参照负载31-ref/32-ref的组合提供这样的RFID标签的工作,其满足在由相关的RFID规范所要求的宽振荡频率范围下工作的需求。例如,振荡器23与参照负载31-ref/32-ref的组合可以被实施为RC振荡器或环形振荡器,其能够被容易地集成在集成芯片上。参照负载31-ref/32-ref可以既包括参照谐振器21_ref又包括相关的传感器(例如温度传感器)。当读取器11在读取范围内对被动无线传感器标签进行盘点(make aninventory)并收集传感器标签特定信息时,振荡器23和参照负载31_ref/32_ref的组合可以在与读取器11的初始通信期间使用,或者例如在校准过程中使用。振荡器23与参照负载31-ref/32-ref的组合可以针对该目的而优化,使得标签能够在由读取器使用的任何载波振荡频率fosc下充分地响应读取器指令。实际的谐振器(或多个谐振器)31和传感器(或多个传感器)32可被构造或优化以进行感测,并且因此可能较不适用于与读取器11的初始通信或握手。这对传感器特定谐振器31来讲也是一样。因此,使用实际传感器(或多个传感器)32或者谐振器(或多个谐振器)31与振荡器23来仅传输感测值可能是有益的,例如,在初始通信之后,当被动无线传感器标签10已经准备和/或被命令发送实际传感器值时。
[0076]在实施例中,除了振荡器23之外,可以提供参照振荡器23-ref。参照振荡器23-ref可以被构造为按照与上文对振荡器23和参照负载31-ref/32-ref的组合解释的相似的方式代替振荡器23工作,以满足RFID规范。然而,使用选择性地可连接到参照负载
31-ref/32-ref以及实际谐振器31或传感器32的一个振荡器23可以获得RFID芯片的更小的尺寸和制造成本。
[0077]如上所述,传统的RFID传感器标签以由固定的(在一定容差内)震荡频率副载波调制的数字值来传输传感器测量数据,例如,利用二进制相移键控(BPSK)或幅移键控(ASK) o因此,由于温度而导致的可能的震荡频率偏移不影响传送的传感器值。仅感测元件自身(例如压力传感器)可能在制造或使用过程中需要校准,例如在US2011/0301903中所提出的。
[0078]在本发明的实施例中,利用频率基于感测的值(例如压力)而改变的振荡器来产生震荡频率f0SC。感测的值(例如压力)的改变导致震荡频率fosc的改变。如果震荡频率也由于振荡器23的温度相关性而偏移或改变,则在接收到的震荡频率中将具有误差,因此由读取器检测到的感测值将具有误差。因此,出于精确度来考虑,区分由于实际感测的量的变化导致的震荡频率变化与由振荡器的温度相关性导致的振荡频率变化可能是至关重要的。在图3B中示出了调制频率fosc的温度相关性的示例,并且将在下面进行描述。
[0079]因此,根据本发明的其它方面,可以使用参照振荡器23-ref或参照负载31-ref/32-ref进行温度补偿,以作为其他用途的替代或补充。例如,可以预先定义或知晓与参照负载31-ref/32-ref —起使用的振荡器23的震荡频率fosc的温度相关性,并且因此可以通过振荡器23的震荡频率fosc来确定被动无线传感器标签的温度,这是因为震荡频率fosc仅受温度影响。读取器11可以随后利用获取的温度信息来进行标签的温度补偿和/或校准,具体地,当振荡器23与实际谐振器31、实际传感器32或一对谐振器31和传感器元件32 —起使用时,对振荡器23的震荡频率fosc进行补偿和/或校准。否则的话,可能不能够精确地消除温度对感测量的值的影响。
[0080]根据本发明的一方面,可选择地,可以具有用于逐一地选择性地连接参照负载
31-ref/32-ref、传感器32或者一对谐振器31和传感器元件32的装置39,以对振荡器23提供负载,从而从振荡器23输出的调制频率取决于传感器元件32的预定变量的感测值。相似地,装置39可以被布置为在使用振荡器23与使用参照振荡器23-ref之间切换。在开始阶段,连接有参照振荡器23-ref或参照负载31-ref/32-ref的振荡器模式可以是传感器选择器39的默认配置。将在下面给出选择装置39的示例以及它们的控制方式。
[0081]图2C示出了根据本发明的一方面的被动无线传感器标签的另一示例性布局。在该示例性实施例中,被动无线传感器标签10可以分别设置有一个或更多个传感器元件
32-1、32-2、32-3和/或一对或更多对的调谐谐振器31_1、31_2、31_3和传感器元件32_1、
32-2、32-3。另外,谐振器可以与分立的组件结合,例如线圈和电容器。如果需要大的电感值,这可能是必要的。每个传感器元件或每对调谐谐振器和传感器元件可以被制造在单独的专用裸片28上,其提供上面描述的优点。此外,根据相关的应用的需求,容易使被动无线传感器标签具有不同数量和不同组合的感测量。可选地或除了内置的传感器元件或一对谐振器和传感器元件之外,能够通过连接端子40连接外置传感器元件(未示出)。这种外置传感器元件可以是例如阀的位置传感器。也可以具有对外部传感器元件调谐的谐振器
31-exto除了可以具有用于可选择地逐一地连接传感器元件和/或成对的谐振器和传感器元件的装置,以对振荡器23提供负载,使得从振荡器23输出的调制频率取决于传感器元件32的预定变量的感测值之外,裸片37上的组件可以与参照图2B示出的组件相似。换言之,可以逐一地选择一个传感器元件或者一对谐振器与传感器元件,以对振荡器提供负载,因此影响震荡频率。以这种方式,传感器可以配备有能够被独立地读取的多个传感器元件。例如,无线传感器标签可以包括传感器元件选择器39,例如开关电路或者模拟多路复用器,布置为选择性地将一个传感器元件和/或谐振器-传感器元件对连接到振荡器23以及将其余的传感器元件和/或谐振器-传感器元件对与振荡器23断开。可以根据预定的顺序来执行选择性地使能、开关或连接。可选择地,读取器装置可以向无线传感器标签发送指令,指示激活或打开传感器元件32-1、32-2、32-Ν中的哪一个。例如,逻辑器26可以接收来自读取器的选择或激活指令并相应地控制选择器39。
[0082]在图2D中示出的被动无线传感器的又一示例性布局中,形成在半导体基底(例如,硅基底)或芯片36上的RFID芯片的尺寸因而其制造成本被进一步降低。在图2D中和在图2A、图2B和图2C中相同的参照标记可以指示相似的功能和结构。图2D中示出的主要电路与图2A和图2B中示出的电路的不同之处在于,在集成RFID标签芯片36上不可以实施内部传感器(除了可能的用于温度补偿目的的温度传感器或谐振器之外)。集成RFID标签芯片36包括连接端子41A、41B、42A和42B,一个或更多个外部传感器32或者成对的外部谐振器31-1和传感器32-1可以连接到这些连接端子。集成RFID芯片36优选地为通用芯片,其可以仅包括通用于所有的感测应用以实施本发明方案的功能和结构。所述功能和结构包括下述至少一种:时钟产生器或振荡器23,其频率输出取决于感测值,S卩,感测量的值的范围被映射于标签的震荡频率范围;参照负载,例如参照谐振器31-ref ;选择性地择一地切换参照负载31-ref、谐振器、传感器32或成对的谐振器和传感器元件以对振荡器提供负载的装置;以及存储器27,存储频率相关性信息。
[0083]集成RFID标签芯片36也可以包括一个或更多个内部谐振器31。例如,可以连接通用电容传感器以使用内部芯片谐振器31。另一方面,外部谐振器31-1可以更容易地实施为较大尺寸的组件,例如具有大电容器和/或外部线圈的LC谐振器。LC谐振器允许实现更精确的传感器和更长的读取范围。外部谐振器和传感器可以彼此匹配。
[0084]图2E示出了根据本发明的一方面的被动无线传感器标签的又一示例性布局。在图2E中与在图2A、图2B、图2C和图2D中相同的参照标记可以指示相似的功能和结构。在该示例性实施例中,被动无线传感器标签10可以设置有多个振荡器。如关于本发明的不同实施例所讨论的,可以设置参照振荡器23-ref。振荡器芯23’包括适于与外部的成对的外部谐振器31-1和传感器32-1对一起工作的振荡器构造,所述外部谐振器31-1和传感器
32-1连接到连接端子41A和41B。基本上,振荡器芯23’是与参照这里的图2A、图2B、图2C和图2D所讨论的被包含到时钟产生块23中的振荡器23,或者与振荡器23相似。振荡器23-1包括适于与连接到连接端子42A和42B的外部传感器32 —起工作的振荡器构造。基本上,振荡器23-1是与参照这里的图2A、图2B、图2C和图2D所讨论的被包含到时钟产生块23中的振荡器23和谐振器31的组合,或者与振荡器23和谐振器31的组合相似。
[0085]图2F示出了示例性被动RFID标签,其可以包括根据本发明的各方面的RFID芯片36,以及设置在共用载体基板45上的外部天线21和外部谐振器31-1和/或外部传感器
32-1。天线21和外部谐振器31/传感器32可以通过例如印刷导电布线或MEMS器件而被制造在基板上。RFID芯片36可以通过对应的端子或连接件41或42的方式连接到天线21和谐振器31/传感器32。
[0086]【根据本发明的一方面,根据本发明的第一方面的被动无线传感器包括关于在特定的无线传感器标签中可实现的传感器功能的信息。该信息可以包
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